BRPI0807651B1 - electrically actuated valve actuator and electrical valve system - Google Patents

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T Dolenti William
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Abstract

detecção de torque sem contato para atuadores de válvula. a presente invenção refere-se a detecção de dados de torque sem contato, força axial, deformação e outros dados de um atuador de válvula ou válvula. um sensor pode incluir um dispositivo de onda acústica de superfície.contactless torque detection for valve actuators. The present invention relates to detecting contactless torque, axial force, deformation, and other data from a valve actuator or valve. A sensor may include a surface acoustic wave device.

Description

(54) Título: ATUADOR DE VÁLVULA ACIONADO ELETRICAMENTE E SISTEMA ELÉTRICO DE VÁLVULA (73) Titular: FLOWSERVE MANAGEMENT COMPANY. Endereço: 5215 N CConnor Boulevard, Suite 2300, Irving TX 75039, ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA(US) (72) Inventor: WILLIAM T. DOLENTI; BYRON A. FLEURY.(54) Title: ELECTRICALLY ACTIVATED VALVE ACTUATOR AND VALVE ELECTRICAL SYSTEM (73) Holder: FLOWSERVE MANAGEMENT COMPANY. Address: 5215 N CConnor Boulevard, Suite 2300, Irving TX 75039, UNITED STATES OF AMERICA (US) (72) Inventor: WILLIAM T. DOLENTI; BYRON A. FLEURY.

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 04/12/2018, observadas as condições legaisValidity Term: 10 (ten) years from 12/04/2018, subject to legal conditions

Expedida em: 04/12/2018Issued on: 12/04/2018

Assinado digitalmente por:Digitally signed by:

Liane Elizabeth Caldeira LageLiane Elizabeth Caldeira Lage

Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos IntegradosDirector of Patents, Computer Programs and Topographies of Integrated Circuits

1/121/12

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para ATUADOR DE VÁLVULA ACIONADO ELETRICAMENTE E SISTEMA ELÉTRICO DE VÁLVULA.Descriptive Report of the Invention Patent for ELECTRICALLY ACTIVATED VALVE ACTUATOR AND VALVE ELECTRICAL SYSTEM.

REIVINDICAÇÃO DE PRIORIDADE [001] Este pedido reivindica o benefício da data de arquivamento do Pedido de Patente Provisório Norte-americana, de Série N° 60/902,029, arquivado em 16 de fevereiro de 2007, para NONCONTACT TORQUE SENSING FOR VALVE ACTUATORS.PRIORITY CLAIM [001] This application claims the benefit of the filing date of US Provisional Patent Application, Series N ° 60 / 902,029, filed on February 16, 2007, to NONCONTACT TORQUE SENSING FOR VALVE ACTUATORS.

CAMPO TÉCNICO [002] A presente invenção refere-se genericamente a métodos, sistemas, e dispositivos para medida de torque e, mais especificamente, para detecção de torque sem contato de um atuador de válvula. ANTECEDENTE [003] Válvulas incluem dispositivos tanto para líquidos quanto para gases. Os atuadores de válvula para válvulas são conhecidos e podem ser operados mecanicamente. Por exemplo, o atuador de válvula pode ser acionado manualmente, operado por pressão de fluido no qual o eixo é conectado diretamente ou indiretamente a um pistão operado por fluido, ou é acionado por um meio eletro-hidráulico ou eletrofluido. Os atuadores de válvula convencionais compreendem um eixo de entrada acionado eletricamente, que pode ser girável a velocidades relativamente altas com torque relativamente baixo. O eixo de entrada pode, através de engrenagens de redução tais como engrenagem sem fim ou um parafuso e porca de rosca helicoidal, girar um eixo de saída de baixa velocidade, de torque relativamente alto.TECHNICAL FIELD [002] The present invention relates generally to methods, systems, and devices for torque measurement and, more specifically, for non-contact torque detection of a valve actuator. BACKGROUND [003] Valves include devices for both liquids and gases. Valve actuators for valves are known and can be mechanically operated. For example, the valve actuator can be manually operated, operated by fluid pressure in which the shaft is connected directly or indirectly to a fluid-operated piston, or is driven by an electro-hydraulic or electrofluid medium. Conventional valve actuators comprise an electrically driven input shaft, which can be rotated at relatively high speeds with relatively low torque. The input shaft can, by means of reduction gears such as worm gear or a screw and helical thread nut, rotate a low speed output shaft of relatively high torque.

[004] Os atuadores são frequentemente dimensionados de tal forma que eles possam fornecer mais torque do que necessário para assentar completamente uma dada válvula. Pode ser desejável determinar o torque gerado pelo eixo de saída ou luva de acionamento de um atuador de válvula. Por exemplo, quando uma válvula está complePetição 870180124292, de 31/08/2018, pág. 5/26[004] Actuators are often dimensioned in such a way that they can supply more torque than necessary to fully seat a given valve. It may be desirable to determine the torque generated by the output shaft or the drive sleeve of a valve actuator. For example, when a valve is complete 870180124292, of 08/31/2018, p. 5/26

2/12 tamente fechada e assentada, o torque requerido para abrir a válvula pode ser consideravelmente mais alto. Monitorar constantemente o torque pode indicar se uma válvula está desgastando ou prendendo. Os padrões de tendência nas medidas de torque podem habilitar a manutenção preditiva.2/12 closed and seated, the torque required to open the valve can be considerably higher. Constantly monitoring the torque can indicate whether a valve is wearing or holding. Trend patterns in torque measurements can enable predictive maintenance.

[005] Os atuadores necessitam controlar ou limitar a quantidade de torque que pode ser aplicado à carga de uma maneira que seja apropriada a vários modos operacionais em uma dada aplicação. As tecnologias mecânicas mais antigas operam tipicamente em qualquer um de dois modos: ativos ou em derivação. Se um limite de torque é excedido, então o sensor de torque mecânico chaveia o atuador no modo derivação. O limite de torque para chaveamento entre modos é fixado pelo usuário na partida e permanece fixado até ser fisicamente mudado pelo usuário.[005] Actuators need to control or limit the amount of torque that can be applied to the load in a way that is appropriate for various operating modes in a given application. Older mechanical technologies typically operate in either of two ways: active or bypass. If a torque limit is exceeded, then the mechanical torque sensor switches the actuator in bypass mode. The torque limit for switching between modes is set by the user at startup and remains fixed until physically changed by the user.

[006] Podem ser usados sensores de torque não-mecânicos com componentes rotativos; no entanto, os sensores de torque necessitariam ser colocados em um elemento de torção no trem de acionamento do atuador de válvula. O trem de acionamento estaria girando durante a operação. Portanto, a recuperação da informação de torque do sensor girando seria difícil.[006] Non-mechanical torque sensors with rotating components can be used; however, the torque sensors would need to be placed on a torque element in the valve actuator drive train. The drive train would be rotating during operation. Therefore, retrieving the torque information from the rotating sensor would be difficult.

[007] Seria vantajoso desenvolver uma técnica para medir o torque gerado por um atuador de válvula sem a necessidade de contatar um membro giratório do atuador de válvula.[007] It would be advantageous to develop a technique to measure the torque generated by a valve actuator without the need to contact a rotating member of the valve actuator.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [008] A figura 1 ilustra uma modalidade de uma onda acústica de superfície que pode ser usada com modalidades da presente invenção.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [008] Figure 1 illustrates a modality of a surface acoustic wave that can be used with embodiments of the present invention.

[009] A figura 2 é uma vista cortada fora de um exemplo de um atuador de válvula que pode utilizar modalidades da presente invenção.[009] Figure 2 is a cut-away view of an example of a valve actuator that can use embodiments of the present invention.

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3/1212/3

MODO(S) PARA EXECUTAR A INVENÇÃO [0010] Embora a descrição precedente contenha muitos particulares, estes não devem ser interpretados como limitando o âmbito da presente invenção, mas somente como provendo ilustrações de algumas modalidades representativas. Similarmente, outras modalidades da invenção podem ser visualizadas que não se afastem do espírito ou âmbito da presente invenção. Características de diferentes modalidades podem ser empregadas em combinação.MODE (S) FOR CARRYING OUT THE INVENTION [0010] Although the preceding description contains many particulars, these should not be interpreted as limiting the scope of the present invention, but only as providing illustrations of some representative embodiments. Similarly, other embodiments of the invention can be envisaged that do not depart from the spirit or scope of the present invention. Features of different modalities can be used in combination.

[0011] Uma modalidade da presente invenção se refere a montar um sensor sem contato, para medir torque ou força axial, em um componente rotativo de um atuador de válvula elétrico.[0011] One embodiment of the present invention relates to mounting a non-contact sensor, to measure torque or axial force, on a rotating component of an electric valve actuator.

[0012] Em uma modalidade particular, um sensor sem contato inclui um dispositivo de onda acústica de superfície (OAS) dispositivo. Um dispositivo de OAS pode ser formado de uma microestrutura depositada em um substrato piezoelétrico. A microestrutura pode ser formada por pelo menos um par de elétrodos como pentes intercalados depositados como uma camada condutora de metal fino sobre o substrato. A figura 1 ilustra um modelo exemplificativo básico de um dispositivo de OAS 100 tendo elétrodo de entrada 110 intercalado com elétrodo de saída 120. Os elétrodos 110 e 120 (referindo-se a ambos, elétrodo de entrada 110 e elétrodo de saída 120) podem incluir um depósito de alumínio, ou outros condutores, sobre a superfície superior 140 de um substrato piezoelétrico 130. Em uma modalidade particular, a espessura dos elétrodos 110 e 120 pode ser na ordem de 1000 Angstroms. Muitos materiais piezoelétrico são adequados para uso como um substrato, incluindo polímeros de plástico flexível e materiais duros, como cerâmica e quartzo. Podem ser usadas várias formas de cristal piezoelétrico. Exemplos não-limitantes de materiais adequados incluem niobato de lítio, tantalato de lítio, óxido germanlure de bismuto, e óxido de gálio.[0012] In a particular embodiment, a non-contact sensor includes a surface acoustic wave (OAS) device. An OAS device can be formed from a microstructure deposited on a piezoelectric substrate. The microstructure can be formed by at least one pair of electrodes as interleaved combs deposited as a conductive layer of thin metal on the substrate. Figure 1 illustrates a basic exemplary model of an OAS 100 device having input electrode 110 interspersed with output electrode 120. Electrodes 110 and 120 (referring to both input electrode 110 and output electrode 120) can include an aluminum deposit, or other conductors, on the upper surface 140 of a piezoelectric substrate 130. In a particular embodiment, the thickness of the electrodes 110 and 120 can be in the order of 1000 Angstroms. Many piezoelectric materials are suitable for use as a substrate, including polymers of flexible plastic and hard materials such as ceramic and quartz. Various forms of piezoelectric crystal can be used. Non-limiting examples of suitable materials include lithium niobate, lithium tantalate, bismuth germanlide oxide, and gallium oxide.

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4/12 [0013] No dispositivo de OAS 100, a aplicação de um sinal elétrico ao elétrodo de entrada 110 causas o elétrodo a atuar como um transdutor convertendo o sinal elétrico de entrada em uma onda acústica de saída no substrato piezoelétrico 130. O elétrodo de saída 120 reverte o processo fornecendo um sinal de saída elétrico com a chegada de uma onda acústica no substrato piezoelétrico 130.4/12 [0013] In the OAS 100 device, the application of an electrical signal to the input electrode 110 causes the electrode to act as a transducer by converting the electrical input signal into an output acoustic wave on the piezoelectric substrate 130. The electrode output 120 reverses the process by providing an electrical output signal with the arrival of an acoustic wave on the piezoelectric substrate 130.

[0014] As frequências operacionais dos dispositivos de OAS 100 podem ser selecionadas em qualquer frequência de uma larga faixa de frequência se estendendo de alguns megahertz a alguns gigahertz. Quanto mais alta a frequência usada, menor o envelope requerido para o transdutor (elétrodos 110 e 120), o que pode ser benéfico onde o espaço disponível é limitado. A frequência ressonante usada depende de vários fatores incluindo a geometria dos elétrodos 110 e 120 e as propriedades do substrato piezoelétrico 130. Os elétrodos 110 e 120 podem ter qualquer geometria e distância que é necessária entre eles. A velocidade da onda de superfície varia com a temperatura do substrato piezoelétrico 130. Os tamanhos muito pequenos nos quais pode ser feito o dispositivo de OAS 100 facilitam o seu uso como um dispositivo tensão medindo para um atuador de válvula.[0014] The operating frequencies of OAS 100 devices can be selected at any frequency over a wide frequency range extending from a few megahertz to a few gigahertz. The higher the frequency used, the smaller the envelope required for the transducer (electrodes 110 and 120), which can be beneficial where space is limited. The resonant frequency used depends on several factors including the geometry of electrodes 110 and 120 and the properties of the piezoelectric substrate 130. Electrodes 110 and 120 can have any geometry and distance that is required between them. The speed of the surface wave varies with the temperature of the piezoelectric substrate 130. The very small sizes in which the OAS 100 device can be made facilitate its use as a voltage measuring device for a valve actuator.

[0015] O acoplamento entre os elétrodos 110 e 120 pode ser realizado por ondas acústicas de superfície (também conhecidas como ondas de Rayleigh). Outro modo de propagação acústica que pode ser usado para acoplar os elétrodos 110 e 120 inclui ondas rasas de volume (surface skimming milk waves). Estas se estendem mais profundamente em substrato piezoelétrico 130 do que as ondas acústicas de superfície e, consequentemente, as ondas de rasas de volume tem perdas mais altas do que surgem com o modo de acústica de superfície. No entanto as ondas de volume são menos sensíveis a defeitos na superfície superior 140. A escolha do acoplamento de onda pode ser variada e pode depender da medida da deformação a ser empreendiPetição 870180124292, de 31/08/2018, pág. 8/26[0015] The coupling between electrodes 110 and 120 can be performed by acoustic surface waves (also known as Rayleigh waves). Another mode of acoustic propagation that can be used to couple electrodes 110 and 120 includes shallow volume waves (surface skimming milk waves). These extend more deeply into piezoelectric substrate 130 than surface acoustic waves and, consequently, shallow volume waves have higher losses than appear with the surface acoustic mode. However, volume waves are less sensitive to defects on the upper surface 140. The choice of wave coupling can be varied and may depend on the deformation measure to be undertakenPetition 870180124292, of 08/31/2018, p. 8/26

5/12 da.5/12 da.

[0016] O dispositivo de OAS 100 pode ser usado em um sistema onde as entradas de sinal para um transdutor (elétrodo 110) e as saídas de sinal do transdutor (elétrodo 120) são transmitidas por acoplamento sem contato (tal como por meios indutivos, capacitivos, ou de onda de rádio) para um sistema de controle externo. A provisão de um acoplamento sem contato onde os elétrodos 110 e 120 não tem nenhuma conexão elétrica direta fornece um grande número de vantagens, particularmente quando existe uma necessidade para segurança intrínseca ou onde a conexão física afetaria a ressonância a ser medida. Tais sistemas sem contato são particularmente convenientes para componentes giratórios de um atuador de válvula. Um dispositivo de OAS 100 pode ser usado no lugar de um medidor de deformação resistivo. O dispositivo de OAS 100 pode ser capaz de um grau de precisão substancialmente maior do que aquele de um medidor de deformação resisti vo convencional. Os elétrodos 110 e 120 podem tomar várias formas, com tamanho e geometria de elétrodos 110 e 120 capazes de ser modificadas para afetar a frequência operacional.[0016] The OAS 100 device can be used in a system where the signal inputs to a transducer (electrode 110) and the signal outputs of the transducer (electrode 120) are transmitted by contactless coupling (such as by inductive means, capacitive, or radio wave) to an external control system. The provision of a non-contact coupling where electrodes 110 and 120 have no direct electrical connection provides a large number of advantages, particularly when there is a need for intrinsic safety or where the physical connection would affect the resonance to be measured. Such non-contact systems are particularly convenient for rotating components of a valve actuator. An OAS 100 device can be used in place of a resistive strain gauge. The OAS 100 device may be capable of a substantially greater degree of accuracy than that of a conventional resistive strain gauge. Electrodes 110 and 120 can take various forms, with the size and geometry of electrodes 110 and 120 capable of being modified to affect operating frequency.

[0017] O dispositivo de OAS 100 pode ter uma porta única, duas portas, ou portas múltiplas. Um tipo de duas portas tem perdas mais baixas do que um tipo de porta única correspondente e pode ser feito para operar em um modo múltiplo. Adicionalmente, um tipo de duas portas pode ter vantagens no que se refere a deslocamento de fase, fornecendo assim precisão operacional mais alta. Adicionalmente, podem ser usados amplificadores para aumentar o sinal gerado pelo elétrodo de saída 120.[0017] The OAS 100 device can have a single port, two ports, or multiple ports. A two-port type has lower losses than a corresponding single port type and can be made to operate in a multiple mode. In addition, a two-door type can have advantages in terms of phase shift, thus providing higher operational accuracy. Additionally, amplifiers can be used to increase the signal generated by the output electrode 120.

[0018] O torque (deformação radial) pode ser medido por uma mudança na frequência de saída do elétrodo 120 surgindo de uma mudança na forma de substrato piezoelétrico 130 e, assim, nas posições relativas dos elétrodos 110 e 120. A deformação radial pode ser[0018] Torque (radial deformation) can be measured by a change in the output frequency of electrode 120 arising from a change in the shape of piezoelectric substrate 130 and thus in the relative positions of electrodes 110 and 120. Radial deformation can be

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6/12 induzida por uma tensão no membro a ser medido. A mudança na frequência de saída do elétrodo 120 é proporcional ao torque aplicado. [0019] O dispositivo de OAS 100 pode deste modo ser utilizado para medir tanto torque quanto força axial em componentes giráveis de um atuador de válvula. O dispositivo de OAS 100 pode ser colocado em um componente giratório em um ângulo relativo ao eixo de rotação, de tal forma que o torque em uma direção resulta em compressão e torque na outra direção resulta em tensão. Dois dispositivos de OAS 100 podem ser colocados em ângulos opostos um ao outro (tanto sobrepondo quanto ou de outra forma) de tal forma que quando um dispositivo de OAS 100 estiver sofrendo compressão o outro está sofrendo tensão, e vice-versa. Alternativamente, um dispositivo de OAS 100 pode ser provido para medir força axial e um segundo dispositivo de OAS 100 colocado para medir torque. Pode ser usado qualquer número de dispositivos de OAS 100 em uma dada localização de um componente giratório. Adicionalmente, a força axial de um componente giratório pode ser usada para calcular torque.6/12 induced by a strain on the limb to be measured. The change in the output frequency of electrode 120 is proportional to the applied torque. [0019] The OAS 100 device can therefore be used to measure both torque and axial force in rotatable components of a valve actuator. The OAS 100 device can be placed on a rotating component at an angle relative to the axis of rotation, such that torque in one direction results in compression and torque in the other direction results in tension. Two OAS 100 devices can be placed at opposite angles to each other (either overlapping or otherwise) in such a way that when one OAS 100 device is under compression the other is under tension, and vice versa. Alternatively, an OAS 100 device can be provided to measure axial force and a second OAS 100 device placed to measure torque. Any number of OAS 100 devices can be used at a given location on a rotating component. Additionally, the axial force of a rotating component can be used to calculate torque.

[0020] O dispositivo de OAS 100 pode ser também colocado em um componente giratório de tal forma que o dispositivo somente sofra deformação quando o componente giratório estiver fletindo relativamente ao eixo de rotação. O conhecimento de tal flexão pode fornecer cálculos de torque mais precisos do que a deformação em outros dispositivos de OAS no componente. O dispositivo de OAS 100 pode ser também usado para medir a força axial em componentes estacionários de um atuador de válvula.[0020] The OAS 100 device can also be placed on a rotating component such that the device only undergoes deformation when the rotating component is flexing relative to the axis of rotation. Knowledge of such bending can provide more accurate torque calculations than deformation in other OAS devices on the component. The OAS 100 device can also be used to measure axial force on stationary components of a valve actuator.

[0021] A figura 2 representa algumas modalidades de localizações possíveis em um atuador de válvula acionado eletricamente, onde dispositivos de OAS 100 podem ser montados. Os dispositivos de OAS[0021] Figure 2 represents some types of possible locations in an electrically operated valve actuator, where OAS 100 devices can be mounted. OAS devices

100 podem ser montados eixo sem fim 3, eixo de acionamento de motor 9, lula de acionamento 2, e adaptador de volante 11. Os dispositiPetição 870180124292, de 31/08/2018, pág. 10/26100 can be fitted with endless shaft 3, motor drive shaft 9, drive squid 2, and flywheel adapter 11. Device 870180124292, of 08/31/2018, p. 10/26

7/12 vos de OAS 100 podem também serem montados nos dentes de engrenagem sem fim 10 e eixo sem fim 9. Os dispositivos de OAS 100 podem ser montados em mecanismo de desembrear 13 ou manipulo de desembrear 5. Se está presente um codificador 6, os dispositivos de OAS 100 podem ser montados em um eixo de entrada para o codificador 6. Os dispositivos de OAS 100 podem ser montados em componentes estacionários de atuador de válvula 20, incluindo alojamento7/12 tees of OAS 100 can also be mounted on worm gear 10 and worm shaft 9. OAS 100 devices can be mounted on a release mechanism 13 or release lever 5. If an encoder 6 is present, OAS 100 devices can be mounted on an input shaft for encoder 6. OAS 100 devices can be mounted on stationary components of valve actuator 20, including housing

4.4.

[0022] Montada em como a frase é usada aqui abarca qualquer forma de prender, colocar, integrar, embutir, alojar, ou inserir um dispositivo de OAS. Em uma tal modalidade exemplificativa, um dispositivo de OAS 100 pode ser colocado em uma superfície de um componente. Isto pode ser realizado, por exemplo, via soldadura ou adesivos. Em outra modalidade, um dispositivo de OAS 100 pode ser colocado em uma jaqueta ou integrada com ela ou envolta e colocada na superfície. Em uma modalidade adicional, um dispositivo de OAS pode ser integrado com outro dispositivo, e o dispositivo montado na superfície. Em uma modalidade particular, dispositivos de OAS 100 podem ser embutidos em um componente. Em ainda outra modalidade, dispositivos de OAS 100 podem ser fabricados em um componente. Por exemplo, um material piezoelétrico pode ser integrado em um componente quando o componente é fabricado e condutores para os últimos elétrodos depositados no material piezoelétrico.[0022] Assembled in how the phrase is used here, it includes any way of attaching, placing, integrating, embedding, housing, or inserting an OAS device. In such an exemplary embodiment, an OAS 100 device can be placed on a component surface. This can be done, for example, via welding or adhesives. In another embodiment, an OAS 100 device can be placed in a jacket or integrated with it or wrapped and placed on the surface. In an additional embodiment, an OAS device can be integrated with another device, and the device is mounted on the surface. In a particular embodiment, OAS 100 devices can be embedded in a component. In yet another embodiment, OAS 100 devices can be manufactured in one component. For example, a piezoelectric material can be integrated into a component when the component is manufactured and conductive to the last electrodes deposited on the piezoelectric material.

[0023] Em uma modalidade particular, os dispositivos de OAS 100 podem ser localizados ao longo do atuador de válvula 20. Em uma modalidade, diferenças entre os torques de vários componentes podem ser indicativos de desgaste de componente e fornece uma primeira advertência de assuntos de manutenção.[0023] In a particular embodiment, the OAS 100 devices can be located along the valve actuator 20. In one embodiment, differences between the torques of various components can be indicative of component wear and provides a first warning of matters of maintenance.

[0024] O atuador de válvula 20 é um exemplo não-limitante de um atuador de válvula que pode usar dispositivos de OAS 100. O atuador[0024] The valve actuator 20 is a non-limiting example of a valve actuator that can use OAS 100 devices. The actuator

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8/12 de válvula 20 pode ser qualquer tipo de atuador de válvula acionado eletricamente. Por exemplo, o atuador de válvula 20, em vez de usar uma luva de acionamento 2, pode ter um eixo de saída.8/12 valve 20 can be any type of electrically driven valve actuator. For example, valve actuator 20, instead of using a drive sleeve 2, can have an output shaft.

[0025] O atuador de válvula 20 não necessita ser acionado eletricamente. O volante 1 representa uma modalidade exemplificativa de como o atuador de válvula 20 pode ser operado manualmente. Adicionalmente, o atuador de válvula 20 pode ser também parcialmente atuado pneumaticamente e/ou hidraulicamente.[0025] The valve actuator 20 does not need to be electrically driven. Handwheel 1 represents an exemplary embodiment of how valve actuator 20 can be operated manually. In addition, the valve actuator 20 can also be partially actuated pneumatically and / or hydraulically.

[0026] Os dispositivos de OAS 100 podem ser também montados nos componentes giráveis ou estacionários de uma válvula. Em uma modalidade particular, os dispositivos de OAS 100 são montados em uma haste de válvula. Os dispositivos de OAS 100 podem ser usados para monitorar o torque sofrido por uma haste de válvula giratória ou força axial sofrida por uma haste de válvula que se move linearmente. Qualquer componente de uma válvula, tal como a chapeleta de uma válvula de borboleta, pode ter dispositivos de OAS 100 montados sobre ela.[0026] The OAS 100 devices can also be mounted on the rotatable or stationary components of a valve. In a particular embodiment, the OAS 100 devices are mounted on a valve stem. OAS 100 devices can be used to monitor the torque suffered by a rotating valve stem or axial force suffered by a linearly moving valve stem. Any component of a valve, such as the flapper of a butterfly valve, can have OAS 100 devices mounted on it.

[0027] Qualquer eletrônica necessária pode ser fixada a um dispositivo de OAS 100, ou localizada proximamente por ele. Onde são usadas indução ou capacitância para os dispositivos de OAS 100, as fontes de excitação podem necessitar serem relativamente próximas aos dispositivos de OAS 100. Excitadores sem fio podem utilizar frequências de rádio para excitar elétrodos de entrada 110. Receptores sem fio podem ser projetados para receber saídas de frequência de rádio de elétrodos de saída 120. Os excitadores/receptores sem fio podem ser projetados para operação contínua ou intermitente. Excitadores/receptores sem fio como a frase é usada aqui, abrangem tanto uma modalidade onde o excitador é separado do receptor quanto uma modalidade onde ambas as funções são realizadas por um dispositivo único. Os excitadores/receptores sem fio podem ser construídos denPetição 870180124292, de 31/08/2018, pág. 12/26[0027] Any necessary electronics can be attached to an OAS 100 device, or located nearby by it. Where induction or capacitance is used for OAS 100 devices, excitation sources may need to be relatively close to OAS 100 devices. Wireless drivers can use radio frequencies to excite input electrodes 110. Wireless receivers can be designed to receive radio frequency outputs from output electrodes 120. Wireless exciter / receivers can be designed for continuous or intermittent operation. Wireless drivers / receivers as the phrase is used here, cover both a mode where the exciter is separated from the receiver and a mode where both functions are performed by a single device. Wireless exciter / receivers can be built in Petition 870180124292, of 08/31/2018, pg. 12/26

9/12 tro ou podem ser externos ao atuador de válvula 20. Em uma modalidade particular, os excitadores/receptores sem fio são construídos dentro do módulo de controle 8 ou placa de circuito 15. Onde os excitadores/receptores sem fio são construídos no atuador de válvula, os dispositivos de OAS 100 podem ser ativados usando painel de controle 7 ou desde uma estação de controle remota. Os valores de torque, força axial, ou de deformação podem ser indicados na tela 12 e/ou transmitidos para uma localização distante.9/12 or can be external to valve actuator 20. In a particular embodiment, wireless exciter / receivers are built into control module 8 or circuit board 15. Where wireless exciter / receivers are built into the actuator valve, OAS 100 devices can be activated using control panel 7 or from a remote control station. Torque, axial force, or deformation values can be indicated on screen 12 and / or transmitted to a distant location.

[0028] Em outras modalidades, um excitador/receptor sem fio pode ser construído em um PDA, laptop, ou outro dispositivo portátil. O software apropriado pode ser incluído para computar um torque, força axial, ou deformação baseado no sinal produzido por dispositivos de OAS 100. Em outra modalidade, nós de excitadores/receptores sem fio podem ser localizados na vizinhança de múltiplos atuadores de válvula e válvulas. Os nós de excitadores/receptores sem fio poderíam transmitir torque e outros dados para numerosos atuadores de válvula e válvulas para uma estação de controle central. Os excitadores/receptores podem ser projetados para transmitir dados não obtidos dos dispositivos de OAS 100 também.[0028] In other modalities, a wireless exciter / receiver can be built into a PDA, laptop, or other portable device. The appropriate software can be included to compute torque, axial force, or deformation based on the signal produced by OAS 100 devices. In another embodiment, wireless exciter / receiver nodes can be located in the vicinity of multiple valve actuators and valves. Wireless exciter / receiver nodes could transmit torque and other data to numerous valve actuators and valves to a central control station. The drivers / receivers can be designed to transmit data not obtained from the OAS 100 devices as well.

[0029] Onde são encontrados dispositivos de OAS 100 em localizações múltiplas em um atuador de válvula 20, dados de torque podem ser identificados univocamente pela localização. Similarmente, onde múltiplos atuadores de válvula 20 ou válvulas são externamente excitados sem fio, dados de torque podem ser associado univocamente com um atuador de válvula particular 20 e/ou localizações dentro do atuador. A identificação unívoca pode ser realizada em vários modos. [0030] Em uma modalidade particular, o sinal transmitido por um dispositivo de OAS 100 pode ser único. Portanto, dois dispositivos de OAS 100 sofrendo a mesma deformação transmitiríam diferentes saídas. Em uma modalidade, diferentes dispositivos de OAS 100 poderiPetição 870180124292, de 31/08/2018, pág. 13/26[0029] Where OAS 100 devices are found in multiple locations on a valve actuator 20, torque data can be uniquely identified by location. Similarly, where multiple valve actuators 20 or valves are externally excited wirelessly, torque data can be uniquely associated with a particular valve actuator 20 and / or locations within the actuator. Univocal identification can be performed in several ways. [0030] In a particular mode, the signal transmitted by an OAS 100 device can be unique. Therefore, two OAS 100 devices undergoing the same deformation would transmit different outputs. In one embodiment, different OAS 100 devices can be used 870180124292, of 08/31/2018, p. 13/26

10/12 am utilizar diferentes frequências de entrada. As frequências de entrada poderiam ser suficientemente diferentes de forma que, não importando qualquer deformação sofrida, a faixa de frequência de saída de cada dispositivo de OAS 100 não se sobreporia. Em uma segunda modalidade, podem ser colocados refletores no substrato piezoelétrico 130 para modificar a frequência de saída. Cada dispositivo de OAS 100 pode ter um conjunto único de refletores. Os refletores podem ser colocados de tal forma que dados de torque podem ser obtidos e então determina qual dispositivo de OAS 100 particular, está transmitindo.10/12 am use different input frequencies. The input frequencies could be sufficiently different so that, regardless of any deformation suffered, the output frequency range of each OAS 100 device would not overlap. In a second embodiment, reflectors can be placed on the piezoelectric substrate 130 to modify the output frequency. Each OAS 100 device can have a unique set of reflectors. The reflectors can be placed in such a way that torque data can be obtained and then determine which particular OAS 100 device is transmitting.

[0031] Em outra modalidade particular, qualquer eletrônica associada com um dispositivo de OAS 100 pode fornecer identificação única de um dispositivo de OAS 100 ou grupo de dispositivos de OAS 100 em uma localização. Em uma modalidade, um amplificador para cada dispositivo de OAS 100 pode fornecer um nível único de amplificação, assim distinguindo o dispositivo de OAS 100. Em uma segunda modalidade, um conversor único pode ser associado com cada dispositivo de OAS 100. O conversor único poderia alterar o tipo de sinal produzido por um elétrodo de saída 120. Portanto, o novo tipo de sinal único poderia identificar o dispositivo de OAS fonte 100. Em uma terceira modalidade, uma etiqueta sem fio única pode ser adicionada à saída produzida pelo elétrodo de saída 120 para identificar univocamente a fonte.[0031] In another particular embodiment, any electronics associated with an OAS 100 device can provide unique identification of an OAS 100 device or group of OAS 100 devices in one location. In one embodiment, an amplifier for each OAS 100 device can provide a unique level of amplification, thus distinguishing the OAS 100 device. In a second embodiment, a single converter can be associated with each OAS 100 device. The single converter could change the type of signal produced by an output electrode 120. Therefore, the new type of unique signal could identify the OAS source 100 device. In a third embodiment, a single wireless tag can be added to the output produced by the output electrode 120 to uniquely identify the source.

[0032] Em ainda outra modalidade, um excitador/receptor sem fio pode ser usado para identificar univocamente um dispositivo de OAS 100. Em uma variação da invenção, somente um atuador de válvula 20 de cada vez pode ser sujeitado à transmissão desde o excitador/receptor sem fio. Por exemplo, um PDA tendo somente um excitador de baixa potência poderia ser direcionado em um atuador de válvula específica 20. Em uma segunda modalidade, a intensidade de[0032] In yet another embodiment, a wireless exciter / receiver can be used to uniquely identify an OAS 100 device. In a variation of the invention, only one valve actuator 20 at a time can be subjected to transmission from the exciter / wireless receiver. For example, a PDA having only one low-power exciter could be directed at a specific valve actuator 20. In a second embodiment, the

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11/12 transmissão de um dispositivo de OAS 100 pode ser usada para identificar sua localização. Por exemplo, assumindo que todos os amplificadores são iguais, a distância de um dispositivo de OAS 100 até um excitador/receptor sem fio determinará a força ou intensidade do sinal recebido pelo excitador/receptor sem fio. A intensidade de cada sinal pode ser medida. Se cada um dos dispositivos de OAS 100 estão a distâncias suficientemente diferentes do excitador/receptor sem fio, então as intensidades diferentes dos sinais podem ser usadas para identificar as fontes. Qualquer outro meio na técnica para identificar a fonte de frequências de rádio pode ser usado.11/12 transmission from an OAS 100 device can be used to identify its location. For example, assuming all amplifiers are equal, the distance from an OAS 100 device to a wireless driver / receiver will determine the strength or intensity of the signal received by the wireless driver / receiver. The strength of each signal can be measured. If each of the OAS 100 devices is at sufficiently different distances from the wireless exciter / receiver, then different signal strengths can be used to identify the sources. Any other means in the art for identifying the source of radio frequencies can be used.

[0033] Os dispositivos de OAS 100 podem ser utilizados para gerar dados de torque, força axial, deformação, temperatura, pressão, velocidade, posição, e outros dados.[0033] The OAS 100 devices can be used to generate data on torque, axial force, deformation, temperature, pressure, speed, position, and other data.

[0034] Foram descritas modalidades usando um dispositivo de OAS. Deve ser entendido que qualquer detecção sem contato pode ser usada no lugar do dispositivo de OAS. Por exemplo, outras modalidades de um sensor sem contato podem usar magnetoelasticidade, magnetostrição, fios de tensão, elementos de fio de violão, medidor de deformação, acústica, luz, ótica, capacitância, indutância, resistência, relutância, rádiotelemetria, membros de deformação, dispositivos de acoplamento de carga, ou microusinagem para fazer uma determinação sem contato do torque de um componente giratório.[0034] Modes have been described using an OAS device. It should be understood that any non-contact detection can be used in place of the OAS device. For example, other modalities of a non-contact sensor may use magnetoelasticity, magnetostriction, tension wires, guitar wire elements, strain gauge, acoustics, light, optics, capacitance, inductance, resistance, reluctance, radio-telemetry, strain members, load coupling devices, or micromachining to make a non-contact determination of the torque of a rotating component.

[0035] Em uma modalidade de um sensor de torque sem contato, medidor de deformação fixados a um componente rotativo podem ser energizados por uma batería fixada ao componente rotativo e a saída dos medidor de deformação (ou um equivalente) transmitido de forma sem fio.[0035] In a non-contact torque sensor mode, strain gauge attached to a rotating component can be energized by a battery attached to the rotating component and the output of the strain gauge (or an equivalent) transmitted wirelessly.

[0036] Uma modalidade de um sensor ótico sem contato utiliza dois sensores óticos colocados em linha em um componente rotativo relativamente ao eixo rotacional do componente. Já que o componente[0036] A non-contact optical sensor modality uses two optical sensors placed in line on a rotating component relative to the component's rotational axis. Since the component

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12/12 rotativo torce sob torque, os dois sensores óticos não estarão em linha. O deslocamento entre os dois sensores pode ser usado para determinar o torque sofrido.12/12 rotating twist under torque, the two optical sensors will not be in line. The offset between the two sensors can be used to determine the torque suffered.

[0037] Um sensor sem contato pode ser passivo e não requerer uma batería ou alguma outra fonte de potência externa. Em outras modalidades, o sensor sem contato pode ser ativo e requerer uma fonte de potência externa.[0037] A non-contact sensor can be passive and does not require a battery or any other external power source. In other embodiments, the non-contact sensor can be active and require an external power source.

[0038] Embora a descrição precedente contenha muitos particulares, estes não são para serem interpretados como limitantes do âmbito da presente invenção, mas somente como provendo certas modalidades representativas. Similarmente, outras modalidades da invenção podem ser visualizadas que não se afastem do espírito ou âmbito da presente invenção.[0038] Although the preceding description contains many particulars, these are not to be interpreted as limiting the scope of the present invention, but only as providing certain representative modalities. Similarly, other embodiments of the invention can be envisaged that do not depart from the spirit or scope of the present invention.

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Claims (15)

REIVINDICAÇÕES 1. Atuador de válvula acionado eletricamente (20), compreendendo:1. Electrically operated valve actuator (20), comprising: um membro giratório (2, 3, 5 ,6 ,9, 10, 11, 13); e um sensor de torque ou força axial caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um dispositivo de onda acústica de superfície (100), o pelo menos um dispositivo de onda acústica de superfície preso ao membro giratório, em que o pelo menos dispositivo de onda acústica de superfície emite um sinal unicamente identificável para um receptor sem fio, em que o dispositivo de onda acústica de superfície é configurado para medir um ou mais de um torque e um impulso axial associado ao membro rotativo.a rotating member (2, 3, 5, 6, 9, 10, 11, 13); and a torque or axial force sensor characterized by the fact that it comprises at least one surface acoustic wave device (100), the at least one surface acoustic wave device attached to the rotating member, wherein the at least wave device Surface acoustics emit a uniquely identifiable signal to a wireless receiver, where the surface acoustic wave device is configured to measure one or more of a torque and an axial impulse associated with the rotating member. 2. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um dispositivo de onda acústica de superfície (100) opera em uma faixa de frequência de 3 megahertz a 3 gigahertz.2. Valve actuator according to claim 1, characterized by the fact that the at least one surface acoustic wave device (100) operates in a frequency range from 3 megahertz to 3 gigahertz. 3. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um dispositivo de onda acústica de superfície (100) compreende dois dispositivos de onda acústica de superfície colocados em ângulos opostos um ao outro no membro giratório (2, 3, 5 ,6 ,9, 10, 11, 13).Valve actuator according to claim 1, characterized in that the at least one surface acoustic wave device (100) comprises two surface acoustic wave devices placed at opposite angles to each other on the rotating member ( 2, 3, 5, 6, 9, 10, 11, 13). 4. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um dispositivo de onda acústica de superfície (100) mede força axial.4. Valve actuator according to claim 1, characterized in that the at least one surface acoustic wave device (100) measures axial force. 5. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um dispositivo de onda acústica de superfície (100) mede torque.5. Valve actuator according to claim 1, characterized by the fact that the at least one surface acoustic wave device (100) measures torque. 6. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro giratório é selecionado do grupo que consiste de um eixo sem fim (3), eixo de acionamento motor6. Valve actuator, according to claim 1, characterized by the fact that the rotating member is selected from the group consisting of an endless shaft (3), motor drive shaft Petição 870180124292, de 31/08/2018, pág. 17/26Petition 870180124292, of 08/31/2018, p. 17/26 2/3 (9), luva de acionamento (2), adaptador de volante (11), dentes da engrenagem sem fim (10), mecanismo de desembrear (13), manipulo de desembrear (5), e eixo de entrada para um codificador (6).2/3 (9), drive sleeve (2), handwheel adapter (11), worm gear teeth (10), release mechanism (13), release lever (5), and input shaft for one encoder (6). 7. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro giratório é uma haste de válvula.7. Valve actuator according to claim 1, characterized by the fact that the rotating member is a valve stem. 8. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o membro giratório é uma haste de válvula giratória.8. Valve actuator according to claim 7, characterized in that the rotating member is a rotating valve stem. 9. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro giratório é uma haste de válvula movendo-se linearmente.9. Valve actuator according to claim 1, characterized by the fact that the rotating member is a linearly moving valve stem. 10. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um dispositivo de onda acústica de superfície (100) compreende pelo menos um par de elétrodos intercalados.Valve actuator according to claim 1, characterized in that the at least one surface acoustic wave device (100) comprises at least one pair of interleaved electrodes. 11. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente eletrônica associada com um particular dispositivo de onda acústica de superfície.11. Valve actuator according to claim 1, characterized by the fact that it additionally comprises electronics associated with a particular surface acoustic wave device. 12. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a eletrônica compreende um amplificador para cada dispositivo de onda acústica de superfície, um conversor associado com cada dispositivo de onda acústica de superfície, ou uma etiqueta sem fio associada com uma saída produzida por um elétrodo de saída.12. Valve actuator according to claim 11, characterized in that the electronics comprise an amplifier for each surface acoustic wave device, a converter associated with each surface acoustic wave device, or an associated wireless tag with an output produced by an output electrode. 13. Sistema elétrico de válvula, caracterizado pelo fato de compreender:13. Electric valve system, characterized by the fact that it comprises: o atuador de válvula elétrico, como descrito na reivindicação 1; ethe electric valve actuator, as described in claim 1; and Petição 870180124292, de 31/08/2018, pág. 18/26Petition 870180124292, of 08/31/2018, p. 18/26 3/3 uma válvula.3/3 a valve. 14. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um dispositivo de onda acústica de superfície (100) mede força axial.14. Valve actuator according to claim 1, characterized in that the at least one surface acoustic wave device (100) measures axial force. 15. Atuador de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um dispositivo de onda acústica de superfície (100) mede torque.15. Valve actuator according to claim 1, characterized by the fact that the at least one surface acoustic wave device (100) measures torque. Petição 870180124292, de 31/08/2018, pág. 19/26Petition 870180124292, of 08/31/2018, p. 19/26 1/21/2
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